【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤炭开采，具体是一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置及方法。
技术介绍
1、煤炭作为我国主体能源，在国家经济社会发展和能源安全方面占据着重要地位。我国煤炭生产以井工开采为主，随着浅部资源的大规模开发枯竭，煤矿开采走向深部成为常态，深部高温煤层造成的采煤工作面热害现象将不可避免，严重威胁矿井的安全高效生产。为了解决深部矿井采煤工作面高温热害问题，需掌握煤体内部温度场变化规律，计算高温煤层对风流的散热量，这对于预测巷道风温，确定采煤工作面的冷负荷，从而制定经济合理的降温措施尤为关键。而准确测定煤的热物性参数对于准确计算煤层散热量，掌握煤体温度场分布有很重要的意义。
2、众多研究结果表明，煤体的热扩散系数随着温度的升高而减小，煤体的比热容和导热系数随着温度的升高而增大，煤体的导热系数随着煤体粒度的增大而增加。可见，温度、压力及粒度等因素对煤的热物性参数有着重要影响。对于深部开采矿井，煤体处于高温高压的储藏条件，其热物性参数值与室温常压下有所不同。
3、而现有煤的热物性参数测试装置主要是针对于常温常压状态下对煤的热物性参数进行测量，深部矿井煤体处于高温高压的储藏条件，而非常温常压状态，加之煤的热物性参数受温度及压力等因素的影响，现有的测试装置难以测试高温高压状态下煤的热物性参数，难以为掌握高温煤体散热规律提供基础性数据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置及方法，能够准确测定出不同温度、压力
2、本专利技术的技术方案是：
3、一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，包括：恒温箱，通过自身温度控制器调控内部的温度值，用于模拟深部开采矿井原始煤体温度，所述恒温箱控制温度范围为室温至100℃；实验装置壳体，设置于所述恒温箱内部，所述实验装置壳体内部底面设有下压头，顶部设有上压头，所述上压头和下压头之间用于放置实验用的三层煤样，根据脉冲平面热源法测试原理，试样为3层，三层煤样从所述下压头向上依次为第一煤样、第二煤样和第三煤样；橡胶薄膜，包裹在煤样四周，且包裹高度高于三层煤样总体高度；平面热源，放置在第一煤样和第二煤样之间，外接电源发热，所述平面热源通过导线分别接入电流表和电压表；热电偶，放置在第二煤样和第三煤样之间，所述热电偶外接数据传输线连接温度采集模块；轴压加载组件，位于所述上压头上方，从第三煤样上方开始对三层煤样进行轴向加载，使得加载在煤样中的轴向压力达到试验值；围压加载组件，通过在与煤样周向接触的所述橡胶薄膜上施加压力，实现对三层煤样进行周向加载，使得加载在煤样中的周向压力达到试验值。
4、进一步的，所述煤样的横截面形状尺寸与平面热源的横截面形状尺寸相同，尺寸一致是基于平面热源测算原理，需满足半无限大一维非稳态导热的条件，与平面热源接触的煤样表面处于同一个温度变化状态，另外，在计算热物性参数时，涉及到平面热源对煤样的加热量q，q＝i2r/(2a)，平面热源热量全部作用在煤体上，其中a为传热面积；平面热源可以选用康铜箔、镍铬丝等电阻平面加热器薄片。
5、进一步的，所述实验装置壳体包括顶盖，所述顶盖通过固定安装件可拆卸连接在实验装置壳体顶部，所述顶盖密封所述实验装置壳体，所述轴压加载组件包括：轴压油腔体，设置在所述顶盖的内侧底部，位于所述上压头上方，所述上压头密封滑动在所述轴压油腔体中；轴压加载泵，位于所述恒温箱外部；第一液压油管路，一端连接轴压加载泵的输出端，另一端连通至所述轴压油腔体内。
6、进一步的，还包括：第一精密压力表，设置在所述第一液压油管路上，用于监测施加在煤样上的轴向压力值；第一阀门，设置在所述第一液压油管路上，用于控制液压油使得加载在煤样中的轴向压力达到试验值。
7、进一步的，所述围压加载组件包括：围压油腔体，沿所述实验装置壳体内侧面周向开设，与所述橡胶薄膜之间形成密封空间；围压加载泵，位于所述恒温箱外部；第二液压油管路，一端连接所述围压加载泵的输出端，另一端连通至所述围压油腔体内；第二精密压力表，设置在所述第二液压油管路上，用于监测施加在煤样上的周向压力值；第二阀门，设置在所述第二液压油管路上，用于控制液压油使得加载在煤样中的周向压力达到试验值。
8、进一步的，还包括数据储存组件，所述数据储存组件包括数据采集器和计算机，所述数据采集器上设有信号输出端和多个信号输入端，所述温度采集模块、所述电压表和所述电流表的输出端均通过数据传输线对应连接在所述数据采集器的信号输入端上，所述数据采集器的信号输出端与所述计算机相连。
9、进一步的，所述平面热源的外接部件包括：稳压电源、时间控制开关和电流表，所述稳压电源、所述时间控制开关和所述电流表与所述平面热源接通形成回路。
10、进一步的，所述热电偶为k型热电偶，根据脉冲式平面热源法测试原理可知，煤的热物性参数测算是需采用热电偶测量距平面热源δ位置处，即第二煤样的厚度处煤样的温度响应，采用线芯直径较小的热电偶能进一步减小由于夹持在第二煤样和第三煤样中的热电偶本身尺寸过大带来的试验误差。
11、使用所述实验装置测量高温高压状态下煤的热物性参数的方法，包括以下步骤：
12、步骤一：安装下压头于恒温箱底部，实验装置壳体放置于下压头之上，然后在下压头上部依次向上放置第一煤样、平面热源、第二煤样、热电偶、第三煤样，平面热源放置在第一煤样和第二煤样之间，所述热电偶放置在第二煤样和第三煤样之间，将所述上压头安装在第三煤样上部；
13、步骤二：将橡胶薄膜包裹在煤样四周，以防止围压储油腔体内液压油进入煤样、平面热源及热电偶等实验测试装置内部，影响实验测试结果，并且橡胶薄膜包裹高度高于煤样总体高度，防止围压加载组件施加压力时，因挤压橡胶薄膜造成其脱落，从而导致液压油泄漏于实验测试装置内部，进而影响实验测试结果；
14、步骤三：布置轴压加载组件和围压加载组件，通过轴压加载组件和围压加载组件缓慢加载轴压和围压稳定至所需试验值；
15、步骤五：开启所述恒温箱至试验所需温度，实验人员根据所研究煤层的埋藏条件设定温度值，以模拟深部煤层高温状态；
16、步骤六：待所述恒温箱加热煤样达到试验所需温度，接通所述平面热源，所述平面热源以脉冲形式加热煤样，所述电压表和所述电流表分别记录平面热源加热电压和电流，将采集的电压及电流数据保存，所述热电偶实时采集煤样温度变化，将采集的温度保存，直至实验结束。
17、进一步的，步骤三中布置轴压加载组件和围压加载组件的具体操作为：通过固定安装件安装固定实验装置的顶盖于实验装置壳体，形成密封的围压储油腔体和轴压储油腔体，步骤六中通过时间控制开关设置实验脉冲时间，所述平面热源对煤样加热时长为实验脉冲时间。
18、高温高压状态下煤的热物性参数的测量原理：
19、平面热源以脉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述煤样的横截面形状尺寸与平面热源的横截面形状尺寸相同，所述平面热源选用康铜箔、镍铬丝、电热合金铁铬铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述实验装置壳体包括顶盖，所述顶盖通过固定安装件可拆卸连接在实验装置壳体顶部，所述顶盖密封所述实验装置壳体，所述轴压加载组件包括：
4.根据权利要求3所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述围压加载组件包括：
6.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，还包括数据储存组件，所述数据储存组件包括数据采集器和计算机，所述数据采集器上设有信号输出端和多个信号输入端，所述温度采集模块、所述电压表和所述电流表的输出端均通过
7.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述平面热源的外接部件包括：稳压电源、时间控制开关和电流表，所述稳压电源、所述时间控制开关和所述电流表与所述平面热源接通形成回路。
8.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述热电偶为K型热电偶。
9.根据权利要求1所述的实验装置测量高温高压状态下煤的热物性参数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的测量高温高压状态下煤的热物性参数的方法，其特征在于，步骤三中布置轴压加载组件和围压加载组件的具体操作为：通过固定安装件安装固定实验装置的顶盖于实验装置壳体，形成密封的围压储油腔体和轴压储油腔体，步骤六中通过时间控制开关设置实验脉冲时间，所述平面热源对煤样加热时长为实验脉冲时间。
...【技术特征摘要】
1.一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述煤样的横截面形状尺寸与平面热源的横截面形状尺寸相同，所述平面热源选用康铜箔、镍铬丝、电热合金铁铬铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述实验装置壳体包括顶盖，所述顶盖通过固定安装件可拆卸连接在实验装置壳体顶部，所述顶盖密封所述实验装置壳体，所述轴压加载组件包括：
4.根据权利要求3所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，所述围压加载组件包括：
6.根据权利要求1所述的一种测试高温高压状态下煤的热物性参数的实验装置，其特征在于，还包括数据储存组件，所述数据储存组件包括数据采集器和计算机，所述数据采集器上设有信号输出端和多个信号输...
【专利技术属性】
技术研发人员：高佳南，李树刚，吴奉亮，马砺，常心坦，易欣，刘若愚，马乐天，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：
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